1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 5, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 5, стр. 73-77

Материалы для топливных элементов на базе кобальтитов бария и стронция, синтезированных на солнечной печи

М. С. Пайзуллаханов a, *, О. Р. Парпиев a, У. Р. Саломов b, Ж. З. Шерматов a, Г. Ш. Каримова c, С. С. Сабиров d

a Институт материаловедения Академии наук Республики Узбекистан
100085 г. Ташкент, ул. Чингиза Айтматова, д. 2б, Республика Узбекистан

b Ферганский политехнический институт
150107 г. Фергана, Ферганская ул., д. 86, Республика Узбекистан

c Национальный научно-исследовательский институт возобновляемых источников энергии
100085 г. Ташкент, ул. Чингиза Айтматова, д. 2б, Республика Узбекистан

d Ферганский филиал Ташкентского университета информационных технологий
150107 г. Фергана, Ферганская ул., д. 100, Республика Узбекистан

* E-mail: fayz@bk.ru

Поступила в редакцию 12.10.2022
После доработки 16.11.2022
Принята к публикации 25.11.2022

Аннотация

Изучены материалы на основе перовскитовых структур кобальтитовых составов стронция $SrCo{{O}_{{3 - \delta }}}$ и бария $BaCo{{O}_{{3 - \delta }}},$ полученные синтезом из расплава стехиометрической смеси оксида кобальта с карбонатами стронция Co2O3 + SrCO3 или бария Со2О3 + BaCO3 в потоке концентрированного солнечного излучения высокой (150 Вт/см2) плотности на солнечной печи с последующей закалкой в воде и спеканием при температуре 1300 К. Гексагональные кобальтиты бария и стронция имели развитую тонкую микроструктуру (зерна в виде плотно упакованных многогранников разной формы размером 2–5 мкм), полупроводниковый характер электрической проводимости и низкий коэффициент термического расширения (в среднем 12.6 × 10–6 К–1) в интервале температур 300–1100 К. Изменение электрического сопротивления материалов обусловлено высоким сродством ионов кобальта к кислороду, вызывающим сорбцию кислорода и, как следствие, приводящим к изменениям электронной структуры ионов кобальта в результате зарядовых переходов 2Co3+ = Co2+ + Co4+. Это обстоятельство указывает на возможность использования материалов на основе кобальтитов бария и стронция в качестве селективных абсорберов, кислородных мембран или катодных материалов для изготовления твердооксидных топливных элементов при производстве электрической энергии, а также материалов для хранения водорода.

Ключевые слова: кобальтиты бария и стронция, солнечная печь, плавление, расплав, закалка, спекание, керамика, твердооксидные топливные элементы, абсорберы кислорода, зарядовые переходы

Список литературы

  1. Barium cobaltite nanoparticles: Sol-gel synthesis and characterization and their electrochemical hydrogen storage properties / Fateme Sadat Razavi, Morteza Hajizadeh-Oghaz, Omid Amiri, Maryam Sadat Morassaei // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. Is. 1. P. 886–895. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.196

  2. Aswathy M.N., Arun M. Umarji. Rare earth barium cobaltites: potential candidates for low-temperature oxygen separation // SN Appl. Sci. 2020. Published online: 19 Febr. 2020. V. 2. No. 3. https://doi.org/10.1007/s42452-020-22181

  3. Oxygen-vacancy-related structural phase transition of Ba0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3 – δ / Zhèn Yáng, J. Martynczuk, K. Efimov, A.S. Harvey, A. Infortuna, P. Kocher, L.J. Gauckler // Chem. Mater. 2011. V. 23. No. 13. P. 3169–3175. https://doi.org/10.1021/cm200373r

  4. Ram Krishna Hona, Farshid Ramezanipour. Disparity in electrical and magnetic properties of isostructural oxygen-deficient perovskites BaSrCo2O6–δ and BaSrCo-FeO6 – δ // J. Mater. Sci.: Mater. Electronics. 2018. V. 29. No. 16. P. 13464–13473. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9471-8

  5. Structural stability and oxygen permeability of BaC-o1–xNbO3–x ceramic membranes for air separation / Chengzhang Wu, Yongqian Gai, Jianfang Zhou, Xia Tang, Yunwen Zhang, Weizhong Ding, Chenghua Sun // J. Alloys and Compounds. 2015. No. 638. P. 38–43. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.03.056

  6. Raveau Bernard, Seikh Md. Motin. Magnetic and physical properties of cobalt perovskites // Handbook of Magnetic. 2015. No. 23. P. 161–289. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63528-0.00003-6

  7. Hanskarl Müller-Buschbaum. On the crystal chemistry of alkaline earth- and rare earth-oxocobaltates // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 2013. V. 639. No. 15. P. 2715–2735. https://doi.org/10.1002/zaac.201300243

  8. Phase relation and oxygen nonstoichiometry of perovskite-like compounds SrCoOx (2.29 ≤ x ≤ 2.80) / J. Takeda, R. Kanno, T. Takeda, O. Yamamoto, M. Takano, Y. Bando // J. Anorg. Allg. Chem. 1986. V. 540–541. P. 259–270. https://doi.org/10.1002/zaac.19865400929

  9. Taguchi H., Shimada M., Koizumi M. The effect of oxygen vacancy on the magnetic properties in the system SrCoO3–δ (0 < δ < 0.5) // J. Solid State Chem. 1979. V. 29. P. 221–225. https://doi.org/10.1016/0022-4596(79)90227-5

  10. Preparation and physicochemical study of BaCoO3–x and SrCoO3–x compounds / O.V. Godzhieva, N.V. Porotnikov, G.E. Nikiforova, E.A. Tishchehko // J. Inorg. Chem. 1990. V. 35. No. 1. P. 24–26.

  11. Wang X.L., Sakurai H., Takayama-Muromachi E. Synthesis, structures, and magnetic properties of novel Roddlesden–Popper homologous series Srn+ 1ConO3n+ 1 (n = 1, 2, 3, 4, and ∞) // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. No. 10. P. 519. https://doi.org/10.1063/1.1855534

  12. Oxygen-vacancy-related structural phase transition of Ba0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-delta / Z.Q. Deng, W.S. Yang, W. Liu, C.S. Chen // J. Solid State Chem. 2006. V. 179. P. 362. https://doi.org/10.1021/cm200373r

  13. In situ templating synthesis of conic Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ perovskite at elevated temperature / Wei Zhou, Ran Ran, Wanqin Jin, Shao Zongping // Bull. Mater. Sci. 2009. V. 32. No. 4. P. 407–412. https://doi.org/10.1007/s12034-009-0059-z

  14. Fabrication and thermosensitive characteristics of B-aCoO3 – δ ceramics for low temperature negative temperature coefficient thermistor / Zhenhua Hu, Huimin Zhang, Junhua Wang, Long Chen // J. Mater. Sci.: Mater. Electronics. 2017. V. 28. No. 8. P. 6239–6244. https://doi.org/10.1007/s10854-016-6304-5

  15. Synthesis and properties of the structurally one-dimensional cobalt oxide Ba1–xSrxCoO3–d / K. Yamaura, H.W. Zandbergen, K. Abe, R.J. Cava // J. Sol. State Chem. 1999. V. 146. No. 1. P. 96–102.

  16. Felser C., Yamaura K., Cava R.J. The electronic band structure of BaCoO3 // J. Sol. State Chem. 1999. V. 146. P. 411–416.

  17. Herranz G., Rodríguez G.P. Uses of concentrated solar energy in materials science // Solar Energy. Ed. by Radu D. Rugescu. Intech Open, Croatia, 2010.

  18. Concentrated solar energy applications in materials science and metallurgy / D. Fernández-González, Ruiz-Bustinza, C. González-Gascac, J. Piñuela Novala, J. Mochón-Castaños, J. Sancho-Gorostiaga, L. Felipe Verdeja // Solar Energy. 2018. V. 170. P. 520–540. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.05.065

  19. Akbarov R.Y., Paizullakhanov M.S. Characteristic features of the energy modes of a large solar furnace with a capacity of 1000 kW// Appl. Solar Energy. 2018. V. 54. No. 2. P. 99–109. /https://doi.org/10.3103/S0003701X18020020

  20. Koumoto K., Terasaki I., Murayama N. Oxide thermoelectrics. India: Trivandrum, 2002.

  21. Synthesis, structural, magnetic and electrical study of BaSrCo2O5, a highly disordered cubic perovskite / K. Boulahya, J.C. Ruiz-Morales, M. Hernando, J.M. Gonzalez-Calbet, M. Parras // ChemInform. 2009. V. 40. No. 33. P. 2818–2828. https://doi.org/10.1002/chin.200933020

  22. An investigation of the polytypical structure of Sr0.2Ba0.8CoO3–δ by neutron powder diffraction / C. de la Calle, J. Antonio Alonso, A. Aguadero, M.T. Fernández-Díaz, F. Porcher // Zeitschrift für Kristallographie-Crystalline Materials. 2010. V. 225. Is. 5. P. 209–215. https://doi.org/10.1524/zkri.2010.1247

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал